建立穿戴式驱动冠状动脉数字双胞胎的纵向血液动力学映射框架
Cyrus Tanade1, Nusrat Sadia Khan1, Emily Rakestraw1
1Department of Biomedical Engineering, Duke University, Durham, NC, 27708, USA.
NPJ digital medicine
|September 6, 2024
概括
这项研究引入了一个新的框架,用于创建特定患者的心血管数字双胞胎. 它可以长期对数百万次心跳进行血液动力学映射,以改善疾病监测.
科学领域:
- 心血管生理学心血管生理学
- 计算流体动力学的流体动力学.
- 医学成像和建模 医学成像和建模
背景情况:
- 准确的冠状动力学监测对于早期心血管疾病检测和进展跟踪至关重要.
- 现有的计算模型仅限于单个心跳,阻碍了纵向分析.
- 需要有效的数字双胞胎框架,将连续的生理数据集成到长期的血液动力学模式分析中.
研究的目的:
- 引入纵向血动力学绘图框架 (LHMF) 来创建特定患者的心血管数字双胞胎.
- 为了应对计算挑战,动态边界条件和临床翻译的资源可访问性.
- 为了使纵向血液动力学图 (LHM) 可以在较长时间内重建.
主要方法:
- 纵向血动力学绘图框架 (LHMF) 的开发.
- 根据750次心跳的明确数据进行验证,显示微不足道的误差 (0.0002-0.004%).
- 在传统和云平台上部署高吞吐量模拟.
- 引入LHMF_C用于聚类相似的心跳以优化模拟.
主要成果:
- 与明确方法相比,LHMF表现出高精度和微不足道的误差.
- 在异质计算系统上成功部署和高通量模拟能力.
- LHMF_C通过聚集相似的心跳,准确地重建了纵向血液动力图.
- 该框架成功捕获了超过450万次心跳的3D血液动力学.
结论:
- 纵向血动力学映射框架 (LHMF) 为心血管数字双胞胎提供了一个计算可处理和可访问的方法.
- 通过LHMF,可以进行准确的长期血液动力学模拟,这对于疾病监测至关重要.
- 这项工作为患者特异性心血管数字双胞胎的先进临床翻译铺平了道路.
